專利名稱：一種用于消除訓(xùn)練序列的Turbo方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信或有線通信技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及用于消除疊加在數(shù)據(jù)信號上訓(xùn)練序列的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代移動通信發(fā)展趨勢是要求在多徑環(huán)境下要有更快的傳輸速率、更好的傳輸質(zhì)量、更高的頻譜效率，更大的系統(tǒng)容量，所以O(shè)FDM成為倍受關(guān)注的技術(shù)。為了在接收端實(shí)現(xiàn)同步、信道估計(jì)等，需在發(fā)送端在信號數(shù)據(jù)中疊加訓(xùn)練序列?，F(xiàn)在通常采用的疊加訓(xùn)練序列的方法有兩種，包括時分疊加(幀結(jié)構(gòu)如圖1)和直接疊加(幀結(jié)構(gòu)如圖2)。時分疊加的頻譜利用率較低(由圖1和圖2對比很容易看出)，但由于能夠從接收序列中比較方便地消除訓(xùn)練序列，不會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，所以現(xiàn)在通常采用時分的疊加訓(xùn)練序列方法?，F(xiàn)在有學(xué)者提出了采用直接疊加訓(xùn)練序列的方法(參見“Superimposed periodic pilots for bind channelestimation”2001 IEEE CNF)，這種方法的頻譜利用率高，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。但疊加的訓(xùn)練序列會對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，因此現(xiàn)在這種方法通常使用在對頻譜利用率要求較高且對訓(xùn)練序列所產(chǎn)生的干擾不敏感的情況下。直接疊加訓(xùn)練序列的方法的使用有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
在通信系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)同步、信道估計(jì)或其它目的，需在數(shù)據(jù)信號上疊加訓(xùn)練序列。直接疊加訓(xùn)練序列的方法的好處是不會降低數(shù)據(jù)傳輸效率。但疊加在數(shù)據(jù)信號上的訓(xùn)練序列在解調(diào)時會對數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生干擾。故可以考慮在解調(diào)前將訓(xùn)練序列對數(shù)據(jù)序列的大部分干擾消除掉。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種有效的消除直接疊加在有用信號上的訓(xùn)練序列的方法，即采用本發(fā)明的消除直接疊加訓(xùn)練序列的方法，能夠按照系統(tǒng)要求消除直接疊加訓(xùn)練序列所引入的干擾，這樣直接疊加訓(xùn)練序列能夠按照需要更自由地使用在通信系統(tǒng)中。
按照本發(fā)明的一種用于消除訓(xùn)練序列的Turbo(循環(huán)處理)方法，它包含下列步驟步驟1發(fā)送端直接疊加訓(xùn)練序列(如圖2所示)；步驟2發(fā)送端將疊加訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)發(fā)射出去，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下
R[k]=1-ρC[k]+ρB[k]]]>其中，C[k]是數(shù)據(jù)序列，B[k]是發(fā)射的訓(xùn)練序列，ρ是PN序列的加權(quán)系數(shù)；其特征在于它還包含下列步驟步驟3接收端，在信道估計(jì)25(如圖7、圖8所示，其中信道估計(jì)25的輸出為h)的基礎(chǔ)上確定加權(quán)系數(shù)α，消除訓(xùn)練序列，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下C′[k]=R′[k]-ahρB[k]]]>其中，α為加權(quán)系數(shù)，h為信道估計(jì)的輸出，C′[k]為數(shù)據(jù)序列，R′[k]為接收信號，剛開始循環(huán)時(如第一次循環(huán))α取較小值，循環(huán)次數(shù)增加時信道估計(jì)的精度迅速提高而增大，α隨信道估計(jì)精度的提高而增大；步驟4將處理后的數(shù)據(jù)C′[k]與本地產(chǎn)生的相同的訓(xùn)練序列(與發(fā)射的訓(xùn)練序列B[k]相同)作相關(guān)運(yùn)算；步驟5步驟4中的運(yùn)算結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)定的門限值(門限值的大小取決于系統(tǒng)的精度要求和系統(tǒng)的復(fù)雜度要求)比較，當(dāng)相關(guān)值大于門限值時，重復(fù)步驟3；步驟6當(dāng)步驟4中的運(yùn)算結(jié)果低于門限值時，此時已按照要求消除直接疊加訓(xùn)練序列，處理結(jié)束，得到數(shù)據(jù)序列。
經(jīng)過上述步驟處理，能夠按照系統(tǒng)要求消除直接疊加訓(xùn)練序列所引入的干擾。
本發(fā)明的核心思想是循環(huán)對消(Turbo)。具體思想是在發(fā)送端，采用直接疊加訓(xùn)練序列的方法，以一定的加權(quán)因子將訓(xùn)練序列直接疊加到要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列中，在疊加時如果訓(xùn)練序列不夠長則周期延拓。在接收端，當(dāng)不再需要疊加的訓(xùn)練序列時，通過信道估計(jì)和可調(diào)的加權(quán)系數(shù)(一般第一次循環(huán)時α取較小值，α隨信道估計(jì)精度的提高(當(dāng)循環(huán)次數(shù)增加時信道估計(jì)的精度迅速提高)而增大，增大的幅度根據(jù)系統(tǒng)要求而定)消除訓(xùn)練序列，再利用訓(xùn)練序列自相關(guān)性強(qiáng)的特點(diǎn)，將處理后的數(shù)據(jù)與本地產(chǎn)生的相同的訓(xùn)練序列作相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)運(yùn)算的結(jié)果大于按照系統(tǒng)需要所設(shè)定的門限值時，說明殘余的訓(xùn)練序列能量還很強(qiáng)，它對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾沒有達(dá)到要求，則重復(fù)上述過程直到相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果滿足要求(即低于門限值)為止。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在系統(tǒng)的接收端Tubro方法消除訓(xùn)練序列模塊14中引入可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊21、信道估計(jì)模塊25(如圖7、圖8所示)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，信道估計(jì)的精度迅速提高，加權(quán)系數(shù)逐漸增大，使得模塊22(如圖7、圖8所示)的相關(guān)運(yùn)算結(jié)果快速向門限閥值逼近，直至低于門限值。
需要說明的是，本發(fā)明所指的訓(xùn)練序列可以是任何訓(xùn)練序列，所述的訓(xùn)練序列并不限定為偽隨機(jī)序列，當(dāng)用偽隨機(jī)序列時，可以是現(xiàn)在常用的m序列，GOLD序列等，也可以是更隨機(jī)的、相關(guān)性更強(qiáng)的其他偽隨機(jī)序列處理方法。
本發(fā)明的依據(jù)是在發(fā)送端采用直接疊加訓(xùn)練序列的方法和現(xiàn)有的信道估計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用訓(xùn)練序列自身具有的特性(訓(xùn)練序列的自相關(guān)性強(qiáng)、訓(xùn)練序列和數(shù)據(jù)序列間的互相關(guān)性弱)，采用在接收端引入相關(guān)運(yùn)算和循環(huán)處理(Turbo)的方法，有效地消除直接疊加在有用信號上的訓(xùn)練序列。
以下以本發(fā)明應(yīng)用于OFDM系統(tǒng)為例詳細(xì)的說明本發(fā)明方法，其中采用最常用的PN序列(偽隨機(jī)序列)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，本發(fā)明的創(chuàng)新部分是發(fā)射端的疊加訓(xùn)練序列模塊6和接收端的Tubro方法消除訓(xùn)練序列模塊14部分。
在發(fā)射端23中OFDM中IFFT 3變換后的N個點(diǎn)的數(shù)據(jù)序列C[k]乘以系數(shù) 將PN序列，周期為K，其周期延拓后長為N并乘以系數(shù) 即得到延拓后的PN序列 (如圖5所示)，C[k]與B[k]的N個點(diǎn)對應(yīng)相加構(gòu)成發(fā)射信號R[k]=1-ρC[k]+ρB[k]---(1)]]>上式中，C[k]是OFDM數(shù)據(jù)序列，B[k]是發(fā)射的PN序列，它們的長度都是N。ρ是PN序列的加權(quán)系數(shù)，取很小的值，以減小對傳輸數(shù)據(jù)的影響。
在接收端24采用下面的步驟，步驟一接收信號為R′[k]減去周期延拓后長為N的訓(xùn)練PN序列，得到數(shù)據(jù)序列C′[k]=R′[k]-ahρB[k]---(2)]]>上式中，α為加權(quán)系數(shù)(如圖7、圖8所示)，一般初始時α取較小值，h為信道估計(jì)25(如圖7、圖8所示)得到的信道估計(jì)值，C′[k]為初步消除PN序列的OFDM數(shù)據(jù)序列。步驟二C′[k]與PN[k]作以下相關(guān)運(yùn)算，如圖7、圖8所示的模塊22，得到相關(guān)系數(shù)γ=Σl=0L-1[(Σn=0K-1PN*[k-n-lK]r[k-n-lK]).]]>(Σn=0K-1PN*[k-n-(l+1)K]r[k-n-(l+1)K])*]---(3)]]>上式中L表示一個OFDM符號有用部分(長度為N)所包含完整PN序列PN[k](長度為K)的個數(shù)。
如果γ大于門限值Γ(根據(jù)系統(tǒng)而定)則將C′[k]作為R′[k]代入(2)式，此時增大加權(quán)系數(shù)α(如圖7、圖8中可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊21)，增大的幅度根據(jù)系統(tǒng)要求而定。
重復(fù)步驟一、步驟二直到滿足條件相關(guān)運(yùn)算后小于門限值Γ。
則最終得到的序列Cn[k]就是大大消弱并符合系統(tǒng)要求的PN序列影響(訓(xùn)練序列)的OFDM數(shù)據(jù)序列。
需要說明的是我們通過上述例子說明了本發(fā)明在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用，但本發(fā)明的使用范圍不僅僅是OFDM系統(tǒng)。
本發(fā)明的主要創(chuàng)新是引入了可變估計(jì)系數(shù)加權(quán)訓(xùn)練序列，并采用循環(huán)處理的方法消除訓(xùn)練序列引入的噪聲。本發(fā)明能夠按照通信系統(tǒng)要求有效地消除直接疊加在有用信號上的訓(xùn)練序列，從而突破直接疊加訓(xùn)練序列的方法的使用局限，使它能夠更有效更廣泛地用來提高數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜利用率。


圖1是傳統(tǒng)時分疊加訓(xùn)練序列方法的幀結(jié)構(gòu)中可以看出訓(xùn)練序列占用了頻譜，影響了數(shù)據(jù)傳輸速率。
圖2是直接疊加訓(xùn)練序列方法的幀結(jié)構(gòu)中可以看出訓(xùn)練序列不占用頻譜，不影響數(shù)據(jù)傳輸速率，但對數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。
圖3是使用本發(fā)明的Tubro方法對消訓(xùn)練序列的OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中23是發(fā)射部分，24是接收部分，6是疊加訓(xùn)練序列模塊，14是Tubro方法消除序列模塊。
圖4是疊加訓(xùn)練序列模塊流程中數(shù)據(jù)序列和PN序列相疊加構(gòu)成發(fā)射序列。
圖5是疊加訓(xùn)練序列模塊結(jié)構(gòu)中17是乘法器，18是加法器，19是偽隨機(jī)編碼發(fā)生器。數(shù)據(jù)通過疊加訓(xùn)練序列模塊6處理構(gòu)成發(fā)射序列。
圖6是本發(fā)明Tubro方法消除訓(xùn)練序列模塊流程中，先調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)，作信道估計(jì)，然后接收數(shù)據(jù)序列減去估計(jì)加權(quán)PN序列，處理后的數(shù)據(jù)與本地PN序列作相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)值大于門限值時重復(fù)上述過程，當(dāng)相關(guān)值小于門限值時得到接收數(shù)據(jù)，此時得到的接收數(shù)據(jù)已按照系統(tǒng)要求消除直接疊加訓(xùn)練序列所引入的干擾。
圖7是本發(fā)明Tubro方法消除訓(xùn)練序列模塊在系統(tǒng)采用導(dǎo)引(pilot)作信道估計(jì)時的結(jié)構(gòu)中14是Tubro方法消除序列模塊，19是偽隨機(jī)編碼發(fā)生器、21是可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊、25是信道估計(jì)模塊、22是相關(guān)運(yùn)算及判決模塊。通過信道估計(jì)模塊25得到信道估計(jì)值，同時通過可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊21，調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)，然后接收數(shù)據(jù)序列通過加法器18減去估計(jì)加權(quán)PN序列，處理后的數(shù)據(jù)通過相關(guān)運(yùn)算及判決模塊22與本地PN序列作相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)值大于門限值時重復(fù)上述過程，當(dāng)相關(guān)值小于門限值時得到接收數(shù)據(jù)。其中需要說明的是，此時系統(tǒng)采用導(dǎo)引(pilot)作信道估計(jì)(導(dǎo)引插入在需要的接收數(shù)據(jù)序列中)，信道估計(jì)需要使用數(shù)據(jù)序列，信道估計(jì)模塊的輸入數(shù)據(jù)是直接采用需要的數(shù)據(jù)序列(即相加器18的輸出數(shù)據(jù))。
圖8是本發(fā)明Tubro方法消除訓(xùn)練序列模塊在系統(tǒng)采用訓(xùn)練序列作信道估計(jì)時的結(jié)構(gòu)中14是Tubro方法消除序列模塊，19是偽隨機(jī)編碼發(fā)生器、21是可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊、25是信道估計(jì)模塊、22是相關(guān)運(yùn)算及判決模塊。通過信道估計(jì)模塊25得到信道估計(jì)值，同時通過可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊21，調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)，然后接收數(shù)據(jù)序列通過加法器18減去估計(jì)加權(quán)PN序列，處理后的數(shù)據(jù)通過相關(guān)運(yùn)算及判決模塊22與本地PN序列作相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)值大于門限值時重復(fù)上述過程，當(dāng)相關(guān)值小于門限值時得到接收數(shù)據(jù)。其中需要說明的是，此時系統(tǒng)采用訓(xùn)練序列作信道估計(jì)，信道估計(jì)模塊的輸入數(shù)據(jù)不采用相加器18的輸出數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)將由具體通信系統(tǒng)提供。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要創(chuàng)新是引入了可變估計(jì)系數(shù)加權(quán)訓(xùn)練序列，并采用循環(huán)處理的方法消除訓(xùn)練序列引入的噪聲。
可以按上述描述的方法，通過編程來實(shí)現(xiàn)Turbo方法干擾消除，然后利用現(xiàn)有技術(shù)可以制作成相應(yīng)的硬件，組成本發(fā)明的模塊，實(shí)現(xiàn)無線通信中消除疊加在數(shù)據(jù)信號上的訓(xùn)練序列。
以下舉例說明設(shè)ρ＝0.05，N＝4096，門限值Γ＝0.1，K＝128，則ρ=0.2236,]]>1-ρ=0.9747.]]>其中，在發(fā)射端23OFDM中IFFT 3變換后的4096個點(diǎn)的數(shù)據(jù)序列C[k]乘以系數(shù)0.9747，將PN序列19(其周期為128)周期延拓后長為4096并乘以系數(shù)0.2236，即0.2236B[k]，C[k]與B[k]的N個點(diǎn)對應(yīng)相加為發(fā)射信號R[k]＝0.9747C[k]+0.2236B[k](1)上式中，C[k]是OFDM數(shù)據(jù)序列，B[k]是發(fā)射的PN序列，它們的長度都是4096。
在接收端24步驟一初始時設(shè)加權(quán)系數(shù)α＝0.4，通過信道估計(jì)25(如圖7、圖8所示)得到信道估計(jì)值h，則ahρ=0.0805,]]>接收信號為R′[k]，減去周期延拓后長為4096的訓(xùn)練PN序列得到數(shù)據(jù)序列C′[k]＝R′[k]-0.0805B[k] (2)因?yàn)樾盘柦?jīng)過信道傳輸后可能發(fā)生衰減，而且信道估計(jì)25(如圖7、圖8所示)得到的信道估計(jì)值h可能不準(zhǔn)確，R′[k]和發(fā)射端的R[k]不相等。所以，C′[k]是初步消除PN序列的OFDM數(shù)據(jù)序列。
步驟二C′[k]與PN[k]作以下相關(guān)運(yùn)算，如圖7所示的模塊22，得到相關(guān)系數(shù)
γ=Σl=0L-1[(Σn=0K-1PN*[k-n-lK]r[k-n-lK]).]]>(Σn=0K-1PN*[k-n-(l+1)]r[k-n-(l+1)K])*]---(3)]]>上式中L表示一個OFDM符號有用部分(長度為4096)所包含完整PN序列PN[k](長度為128)的個數(shù)32。
如果γ大于設(shè)定門限值Γ＝0.1則將C′[k]作為R′[k]代入(2)式，此時增大加權(quán)系數(shù)α(如圖7中可調(diào)加權(quán)系數(shù)模塊21)，增大的幅度根據(jù)系統(tǒng)要求而定。
重復(fù)步驟一、步驟二直到滿足條件相關(guān)運(yùn)算后小于門限值Γ＝0.1。
則最終得到的序列Cn[k]就是大大消弱PN序列影響(訓(xùn)練序列)的OFDM數(shù)據(jù)序列。
權(quán)利要求
1.一種用于消除訓(xùn)練序列的Turbo(循環(huán)處理)方法，它包含下列步驟步驟1發(fā)送端直接疊加訓(xùn)練序列；步驟2發(fā)送端將疊加訓(xùn)練序列的數(shù)據(jù)發(fā)射出去，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下R[k]=1-ρC[k]+ρB[k]]]>其特征在于它還包含下列步驟步驟3接收端在信道估計(jì)的基礎(chǔ)上確定加權(quán)系數(shù)α，消除訓(xùn)練序列，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下C′[k]=R′[k]-αhρB[k]]]>開始循環(huán)時(如第一循環(huán))α取較小值，循環(huán)次數(shù)增加時信道估計(jì)的精度迅速提高而增大，α隨信道估計(jì)精度的提高而增大；步驟4將處理后的數(shù)據(jù)C′[k]與本地產(chǎn)生的相同的訓(xùn)練序列(與發(fā)射的訓(xùn)練序列B[k]相同)作相關(guān)運(yùn)算；步驟5步驟4中的運(yùn)算結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)定的門限值(門限值的大小取決于系統(tǒng)的精度要求和系統(tǒng)的復(fù)雜度要求)比較，當(dāng)相關(guān)值大于門限值時，重復(fù)步驟3；步驟6當(dāng)步驟4中的運(yùn)算結(jié)果低于門限值時，此時已按照要求消除直接疊加訓(xùn)練序列，處理結(jié)束，得到數(shù)據(jù)序列。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種用于消除訓(xùn)練序列的Turbo方法，其特征是所述的訓(xùn)練序列可以是偽隨機(jī)序列，也可以是更隨機(jī)的、相關(guān)性更強(qiáng)的其他偽隨機(jī)序列處理方法，當(dāng)用偽隨機(jī)序列時，可以是現(xiàn)在常用的m序列，GOLD序列等。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于消除訓(xùn)練序列的turbo(循環(huán)處理)方法，它是通過接收端根據(jù)每次循環(huán)處理過程中的信道估計(jì)值和隨信道估計(jì)精度的提高而增大的消除訓(xùn)練序列加權(quán)系數(shù)，將接收信號中疊加的訓(xùn)練序列減去，同時，利用訓(xùn)練序列自相關(guān)性強(qiáng)的特點(diǎn)，將處理后的數(shù)據(jù)與本地產(chǎn)生的相同的訓(xùn)練序列作相關(guān)運(yùn)算。采用本發(fā)明能夠按照通信系統(tǒng)要求有效地消除直接疊加在有用信號上的訓(xùn)練序列，從而突破直接疊加訓(xùn)練序列的方法的使用局限。
文檔編號H04J11/00GK1525673SQ0311735
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者唐友喜, 羅濤, 嚴(yán)春林, 李少謙 申請人:電子科技大學(xué)